(57)【要約】【課題】搬送されかつ空気調和された空気中の冷媒の小さな含量もが確実に検出され得るようにする。【解決手段】冷却循環路と通気システムとを備えたエアコンディショナの冷却循環路が、通気システム内に配置されたエバポレータ／熱交換器１２を有しており、該エバポレータ／熱交換器の下流側で通気システム内に、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナのエバポレータ／熱交換器１２の冷媒の含量を検出するためのガスセンサ３０が設けられており、該ガスセンサ３０が、通気システムの空気案内通路１０に設けられた隘路３２に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却循環路と通気システムとを備えたエアコンディショナであって、冷却循環路が、通気システム内に配置されたエバポレータ／熱交換器（１２）を有しており、該エバポレータ／熱交換器（１２）の下流側で通気システム内に、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナのエバポレータ／熱交換器（１２）の冷媒の含量を検出するためのガスセンサ（３０）が設けられている形式のものにおいて、ガスセンサ（３０）が、通気システムの空気案内通路（１０）に設けられた隘路（３２）に配置されていることを特徴とするエアコンディショナ。
【請求項２】
冷却循環路と通気システムとを備えたエアコンディショナであって、冷却循環路が、通気システム内に配置されたエバポレータ／熱交換器（１２）を有しており、該エバポレータ／熱交換器（１２）の下流側で通気システム内に、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナのエバポレータ／熱交換器（１２）の冷媒の含量を検出するためのガスセンサ（３０）が設けられている形式のものにおいて、ガスセンサ（３０）が、通気システムの空気案内通路（１０）の乱流の範囲に配置されていることを特徴とするエアコンディショナ。
【請求項３】
前記隘路（３２）もしくは前記乱流の範囲が、該隘路（３２）もしくは乱流の範囲に配置されたガスセンサ（３０）と共に、エバポレータ／熱交換器（１２）のすぐ下流側に配置されている、請求項１または２記載のエアコンディショナ。
【請求項４】
ガスセンサ（３０）が、空気案内通路（１０）の分岐部の手前の個所に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項５】
ガスセンサ（３０）が、空気案内通路（１０）の下側の範囲もしくは比較的低い組込み位置に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項６】
ガスセンサ（３０）が、車両室内の床範囲に位置する通気流出部に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項７】
当該エアコンディショナが、空気の密度よりも大きな密度を有する冷媒を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項８】
当該エアコンディショナが、冷媒として二酸化炭素（Ｒ７４４）、ジフルオロエタン（Ｒ１５２ａ）、プロパン（Ｒ２９０）またはフレオン１２（Ｒ１２）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項９】
ガスセンサ（３０）が光学的なセンサである、請求項１から８までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項１０】
ガスセンサ（３０）の光学的な測定区間（３６）が、空気流の流れ方向に対して直交する横方向に延びている、請求項９記載のエアコンディショナ。
【請求項１１】
ガスセンサ（３０）が、空気案内通路（１０）の変向部内で下側の組込み位置に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項１２】
ガスセンサ（３０）が、空気案内通路（１０）の最低位の個所もしくは最低位の個所の近傍に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項１３】
ガスセンサ（３０）の電気的な出力信号が、当該エアコンディショナを遮断するために、空気案内通路（１０）を閉鎖するために、かつ／またはアラームを起動させるために評価される、請求項１から１２までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項１４】
ガスセンサ（３０）によって、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナの冷媒の含量を検出して、請求項１から１３までのいずれか１項記載のエアコンディショナを運転するための方法において、冷媒の含量の検出を、通気システムの空気案内通路（１０）に設けられた隘路（３２）で行うことを特徴とする、エアコンディショナを運転するための方法。
【請求項１５】
ガスセンサ（３０）によって、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナの冷媒の含量を検出して、請求項１から１３までのいずれか１項記載のエアコンディショナを運転するための方法において、冷媒の含量の検出を、通気システムの空気案内通路（１０）の内部の、空気調和された空気の乱流の範囲で行うことを特徴とする、エアコンディショナを運転するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却循環路と通気システムとを備えた、特に自動車で使用するための空気調和設備もしくはエアコンディショナであって、冷却循環路が、通気システム内に配置されたエバポレータ／熱交換器を有しており、該エバポレータ／熱交換器の下流側で通気システム内に、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナのエバポレータ／熱交換器の冷媒の含量を検出するためのガスセンサが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
さらに本発明は、ガスセンサによって、搬送されかつ空気調和された空気中の、当該エアコンディショナの冷媒の含量を検出して、このような形式のエアコンディショナを運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車で使用するための公知のエアコンディショナでは、冷媒としてしばしば「ＦＫＷ（フッ素化炭化水素）Ｒ１３４ａ」が使用される。温室効果ガスとして作用するフッ素化炭化水素による地球環境に対する負荷の増大に基づき、将来的には自動車用のエアコンディショナは代替冷媒を用いて運転されなければならなくなるであろう。代替冷媒としては、特に二酸化炭素（Ｒ７４４）が適している。しかし、このようなエアコンディショナのエバポレータの漏れによって、事情によっては比較的大量の二酸化炭素が自動車の客室内に侵入してしまう恐れがある。二酸化炭素の比較的大きな濃度は健康にとって有害となるので、冷媒を誤って流出させてしまうことは阻止されなければならないか、もしくは少なくとも検知されなければならない。したがって、エバポレータを通って流れる空気を監視するための二酸化炭素センサを使用することが必要になり得る。このような二酸化炭素センサの位置は、空調器具の内部であっても、車両内室であってもよい。
【０００４】
エアコンディショナのエバポレータの臨界的な漏れは、原理的にはエバポレータのあらゆる個所、たとえば接続部および熱交換面のいずれの個所においても発生し得る。このような不密な個所の大きさに応じて、次のような事例が発生する恐れがある。すなわち、検出のためには不都合となる位置に置かれた個所において小さな漏れが発生した場合にガス状の冷媒が流出すると、空気調和された空気中へ漏出した冷媒が煙状に流れ込むことにより、いわゆる「プルーム形成（煙流形成）」（Fahnenbildung）が行われる。これにより、漏出した冷媒が、搬送される空気中に均一に分配されるのではなく、下流側の空気流中に、空間的に区画された冷媒プルームが形成される。エバポレータの背後の空気案内部に位置するガスセンサの組込み個所は、空気流中の冷媒の含量を検出するためのガスセンサの感度に影響を与える。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５０１４号明細書に基づき、冷媒として二酸化炭素が使用される、冷却循環路と通気システムとを備えたエアコンディショナが公知である。通気システムには、流れ方向で見て熱交換器の背後に二酸化炭素センサが配置されている。この二酸化炭素センサの信号によって、フラップが制御される。このフラップは通気システム内で流れ方向で見て熱交換器の背後に配置されていて、通気システムから自動車室内への空気供給を遮断することができる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５０１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のエアコンディショナを改良して、搬送されかつ空気調和された空気中の冷媒の小さな含量、特に冷媒プルームが確実に検出され得るようなエアコンディショナを提供することである。
【０００７】
さらに本発明の課題は、このようなエアコンディショナを運転するために適した方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために本発明のエアコンディショナの第１の構成では、ガスセンサが、通気システムの空気案内通路に設けられた隘路に配置されているようにした。
【０００９】
上記課題を解決するために本発明のエアコンディショナの第２の構成では、ガスセンサが、通気システムの空気案内通路の乱流の範囲に配置されているようにした。
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の第１の方法では、冷媒の含量の検出を、通気システムの空気案内通路に設けられた隘路で行うようにした。
【００１１】
さらに上記課題を解決するために本発明の第２の方法では、冷媒の含量の検出を、通気システムの空気案内通路の内部の、空気調和された空気の乱流の範囲で行うようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるエアコンディショナの第１の構成もしくは第２の構成では、空気案内通路内に配置されたガスセンサが設けられており、このガスセンサはエバポレータ／熱交換器ユニットの冷媒の漏出を検出することができる。ガスセンサを、有利にはエアコンディショナのエバポレータ／熱交換器のすぐ下流側で、空気案内通路に設けられた隘路内に配置することにより、搬送されかつ空気調和された空気中の冷媒の小さな含量をも信頼性良く検出することが可能となる。この場合、空気流内部の冷媒プルームをも信頼性良く検出することができる。択一的にまたは付加的に、空気流には乱流を付与することもできる。この場合、ガスセンサは乱流の範囲に配置されている。これによっても、比較的高い冷媒濃度の含量が気付かれずにガスセンサを通過し得ることを阻止することができる。
【００１３】
エアコンディショナのエバポレータもしくは熱交換器の背後における室内空気案内部にガスセンサを配置することにより、熱交換器の漏れ個所とは無関係に、漏出した冷媒が直ちに検知され、そして著しい遅延なしに車両乗員を保護するための安全手段が導入され得ることを確保することができる。
【００１４】
本発明によれば、車両室内の通気もしくは空気調和のために搬送された、エバポレータ通流後の空気中の冷媒損失を検出するためのガスセンサの組込みは、全空気容量が車両室内の個々の供給空気流入個所に分配される前に全空気容量が通過しなければならない個所で行われる。この個所の大きさは、１つのセンサを用いて通流する全空気量が検出され得るように設定されている。このことはエバポレータの下流側において空気案内通路に設けられた第１の隘路に当てはまる。このような隘路の形成は、空気案内の通路横断面が、最大空気量のときに騒音の理由からまだ許容可能となる最小横断面にまで狭められるように行われると有利である。狭められた横断面減小部の形成に応じて、付加的な騒音遮断手段なしに１秒間当たり１２〜１５メートルの流速が許容可能となる。それに対して熱交換器では、十分な熱伝達のために１秒間当たり３〜５メートルの流速しか可能にならない。これによって、エバポレータにおける横断面の約２０％にまでの横断面減小がガスセンサの組込み個所で可能となる。
【００１５】
ガスセンサとして光学的な吸収センサが選択されると、センサの吸収区間の感度を向上させるために、長さ対幅のできるだけ高い割合を有する方形の横断面を備えた好都合な構造が得られる。この場合、吸収区間は通路横断面の長さの方向に位置している。
【００１６】
本発明のさらに別の構成では、室内の通気のために規定された空気中の冷媒損失を検出するためのガスセンサの組込み個所は、空気と漏出する冷媒との互いに異なる固有密度に基づき、密度の高い方の媒体が有利にはガスセンサの組込み個所に到来するように選択される。空気の標準密度は１．２９３ｋｇ／ｍ３であり、したがって車両エアコンディショナにおいて典型的に使用されるか、または汎用される冷媒、たとえば１．９８ｋｇ／ｍ３の標準密度を有する二酸化炭素（Ｒ７４４）の標準密度よりも著しく小さい。その他の冷媒、たとえば約４．６ｋｇ／ｍ３の密度を有するジフルオロエタン（Ｒ１５２ａ）および約７．２ｋｇ／ｍ３の密度を有するテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）も、空気よりはるかに高い密度を有している。
【００１７】
これに加えて、エアコンディショナの運転中に、エバポレータの漏れにより漏出した冷媒は周辺空気よりも著しく低い温度を有し、ひいてはより一層高められた密度を有している。車両室内の通気のために規定された空気がエバポレータ通過直後に１回または２回変向されると、密度の高い方のガス、つまり漏出した冷媒の濃度は、それぞれ空気通路曲げ区分の外縁部において増大する。この効果は、空気案内の変向角度が高く設定されればされるほど、ますます増幅される。
【００１８】
変向は下方へ向かって、つまり重力の方向に行われると有利である。これによって、供給空気の変向により生じる効果がそれほど高く生じなくなる緩慢な空気流の場合でも、密度の高い冷媒は同じ個所に溜まるようになり、そしてこの個所でガスセンサにより検知される。変向された空気案内通路の低位の個所にガスセンサをこのように配置することにより、さらに次のような利点が得られる。すなわち、エアコンディショナが遮断されている間に冷媒が漏出した場合でも、この冷媒はその高い密度に基づき、やはりガスセンサの組込み個所に溜まる。
【００１９】
上で挙げた横断面減小および空気の変向は、横断面および延在方向に関して変えられていない空気通路における取付け物によっても可能にすることができる。上で挙げた手段の組合せも、種々異なるパターンで同じく可能となる。熱ポンプ機能を有するエアコンディショナにおいて熱交換が、室内のために規定された空気の暖房のためにも使用される場合、やはり前記原理を同様に使用することができる。
【００２０】
本発明のさらに別の有利な構成は、請求項３〜請求項１３に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２２】
図１には、空気調和設備もしくはエアコンディショナの一部である空気案内通路１０が概略的な断面図で図示されている。このエアコンディショナは特に車両エアコンディショナであってよい。エバポレータもしくは熱交換器１２の手前には、ブロワ１４が配置されている。このブロワ１４は空気調和したい空気１６を吸い込んで、エバポレータ／熱交換器１２に通して搬送する。エバポレータ／熱交換器１２の下流側では、空気案内通路１０に分岐部が設けられている。この分岐部では、空気調和された空気が、可動のフラップ１８を用いて上側の通路２０と下側の通路２２との間で分流され得るか、もしくは各通路２０；２２が完全にまたは部分的に閉鎖され得る。上側の通路２０内には、オプショナルな加熱装置２４が配置されており、この加熱装置２４によって、空気調和された空気を所望の室内温度にまでもたらすことができる。
【００２３】
空気案内通路１０の下流側の下側の範囲では、この空気案内通路１０が種々の流れ通路２６，２８に分岐されている。これらの流れ通路２６，２８はそれぞれ車両室内に設けられた種々異なる流出開口に通じている。エバポレータ／熱交換器１２の下流側には、少なくとも１つのガスセンサ３０が配置されている。このガスセンサ３０は空気調和された空気中の、エバポレータ／熱交換器１２の冷媒の許容不能な含量を検出するために働く。エバポレータ／熱交換器１２が漏れを有していると、冷媒が流出する恐れがある。この冷媒は、たとえば二酸化炭素であってよく、二酸化炭素は過度に高い濃度では健康にとって有害となる。
【００２４】
車両乗員の健康が損なわれる危険が生じることなしに、このような冷媒漏れをできるだけ即座に検出するために、図示の実施例では空気案内通路１０の、空気調和された空気が乱流（turbulent.Stroemung）の形で存在する範囲にガスセンサ３０が配置されている。このような乱流は、通路の湾曲させられた区分内に分岐部を配置することにより形成される。こうして、比較的高い冷媒濃度を有する糸状の流れ（Stroemungsfaeden）がたとえば光学的な測定区間内を通って流れないという理由から、ガスセンサ３０がこのような糸状の流れを捕捉できなくなる事態が発生することを確実に阻止することができる。
【００２５】
図２には、空気案内通路１０の択一的な別の構成を示す概略的な斜視図が示されている。この空気案内通路１０はエバポレータ／熱交換器１２の下流側の範囲に隘路３２を有している。空気調和したい全ての空気１６は、たとえば１秒間当たり約３〜５メートルの比較的低い流速でエバポレータ／熱交換器１２を通過する。この低い流速では、空気を比較的短い時間で十分に空気調和させることができる。空気案内通路１０をその最初の横断面の２０％にまで狭めることにより、１秒間当たり約１２〜１５メートルにまでの流速増大を達成することができ、かつ場合によってはそれと同時に、空気調和された空気３４の渦流形成をも達成することができる。これにより、エバポレータ／熱交換器１２からの流れの内部に存在する、気付かれない糸状の冷媒流がガスセンサ３０によって発見されないまま通過する危険が回避される。
【００２６】
隘路３２は図示したように、ほぼ方形の横断面を有する空気案内通路１０がホッパ状に先細りになることにより形成されていてよい。所望の流速増大は隘路３２の横断面により規定することができる。ガスセンサ３０は有利には、ほぼ全ての空気調和された空気３４がガスセンサ３０を通過しなければならなくなるように空気案内通路１０の隘路３２に配置されていると有利である。図４には、空気案内通路１０の隘路３２内におけるガスセンサ３０の例示的な配置形式が示されている。
【００２７】
場合によっては、図１に示した実施例に相応して、エバポレータ／熱交換器１２とガスセンサ３０との間に、空気調和された空気に乱流を付与するための付加的な装置が設けられていてよい。これにより、糸状の冷媒流が気付かれずにガスセンサ３０を通過するという事態は生じなくなる。
【００２８】
図３には、ガスセンサ３０の考えられ得る別の配置形式が示されている。この場合、通路状の光学的な測定区間３６は空気調和された空気３４の流れ方向に対して直交する横方向に延びている。ガスセンサ３０は特に光学的なセンサ、たとえば赤外線センサであってよい。赤外線センサは空気調和された空気３４中の冷媒、たとえば二酸化炭素またはフレオン１２（Frigen）の含量を、吸収測定によって検出する。
【００２９】
光学的な測定区間３６はこの場合、赤外線光源３１と、赤外線光線に対して敏感なガスセンサ３０とによって形成される。センサ構造全体は典型的には「赤外線光度計」から成っており、この赤外線光度計は赤外線光源３１としての赤外線放射器と、測定区間３６と、放射線検出器、つまりこの場合にはガスセンサ３０と呼ばれている放射線検出器とを備えている。赤外線光源３１とガスセンサ３０との間に延びる光学的な測定区間３６は、図４から明らかであるように空気案内通路１０の隘路３２を横方向に貫いて延びている。
【００３０】
ガスセンサ３０の信号は、たとえばエアコンディショナを遮断するために、空気案内通路１０を有利には完全に閉鎖するフラップを制御するために、かつ／または二酸化炭素濃度が過度に高いことを車両乗員に警告する信号発信器を制御するために使用され得る。
【００３１】
図５には、本発明のさらに別の実施例が示されている。この場合、ガスセンサ３０は変向された空気案内通路１０の下側の範囲３８に配置されている。空気案内通路１０はこの場合、まず下方へ向かって湾曲させられた区分１０１の形で延びており、この区分１０１は箱形の横方向通路１０２の上側に開口している。典型的に使用される冷媒は全て空気よりも重いので、ガスセンサ３０は図示の配置形式では、冷媒がエバポレータ／熱交換器１２の漏れから漏出した場合に極めて高い冷媒濃度を有する範囲に位置している。
【００３２】
空気の標準密度は１．２９３ｋｇ／ｍ３であり、ひいては慣用の冷媒、たとえば１．９８ｋｇ／ｍ３の標準密度を有する二酸化炭素（Ｒ７４４）、２．００ｋｇ／ｍ３の標準密度を有するプロパン（Ｒ２９０）または５．５１ｋｇ／ｍ３の標準密度を有するフレオン１２（Ｒ１２）の密度よりも著しく小さい。この効果は、漏出した冷媒がエアコンディショナの運転中では著しく低い温度を有することに基づき増幅されるので、この冷媒は、空気に比べて一層高められた密度を有している。その他の冷媒、たとえば約４．６ｋｇ／ｍ３の密度を有するジフルオロエタン（Ｒ１５２ａ）および約７．２ｋｇ／ｍ３の密度を有するテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）のような冷媒も、空気より著しく高い密度を有している。
【００３３】
図６には、空気案内通路１０のさらに別の構成が示されている。この場合、空気調和された空気３４の、下方への空気案内と、空気案内路の横断面減小、ひいては流速増大が、空気案内通路１０内にずらされて配置された金属製の空気案内薄板３８によって行われる。空気案内薄板３８は空気調和された空気３４の、下方への変向ならびに所望の横断面にまでの空気案内通路１０の人工的な横断面減小を可能にするので、搬送されかつ空気調和された空気３４の流速を所望の値にまで高めることができる。
【００３４】
車両室内の通気のために規定された空気が、エバポレータ／熱交換器１２を通過した直後に１回または複数回変向されると、より密な冷媒ガスの濃度はそれぞれ湾曲部の外縁で増大する。この効果は、曲率半径を一層小さくしかつ変向角度を一層大きくすることにより一層増幅されて現れる。図５および図６に示したように下方への湾曲が重力の方向で行われると有利であり、これによって、比較的緩慢な空気流の場合でも、つまり空気の変向により生じる効果が比較的小さくなる場合でも、空気より密度の高い冷媒は空気案内通路１０の低い個所に溜まり、そしてこの個所でガスセンサ３０によって検出され得る。
【００３５】
図７には、下側の流れ通路もしくは車両室内の低い個所に配置された、空気調和された空気のための流出個所４０の内部におけるガスセンサの有利な配置可能性が概略的に図示されている。流出個所４０は典型的には車両の足元空間に位置している。こうして、典型的に使用される冷媒の著しく高い密度に基づき、冷媒漏れの信頼性の良い検出を可能にすることができる。なぜならば、低い流出個所４０における冷媒の濃度は通常、高い位置に配置された流出個所、たとえば車両室内のダッシュボード４２の上側の範囲に配置された流出個所におけるよりも著しく大きくなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】車両エアコンディショナの一部を示す概略的な縦断面図である。
【００３７】
【図２】エアコンディショナのエバポレータ／熱交換器の下流側に配置された空気案内通路を示す概略的な斜視図である。
【００３８】
【図３】空気案内通路に配置されたガスセンサを備えた車両エアコンディショナの一部を示す別の概略的な縦断面図である。
【００３９】
【図４】ガスセンサの光学的な測定区間の配置を示す原理図である。
【００４０】
【図５】空気案内通路内に案内された空気調和された空気を１回変向させる空気案内通路の構成を示す概略図である。
【００４１】
【図６】空気案内通路内に案内された空気調和された空気を複数回変向させる空気案内通路の構成を示す概略図である。
【００４２】
【図７】車両室内における、空気調和された空気のための流出個所の配置を例示的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  空気案内通路
１２  エバポレータ／熱交換器
１４  ブロワ
１６  空気
１８  フラップ
２０，２２  通路
２４  加熱装置
２６，２８  流れ通路
３０  ガスセンサ
３１  赤外線光源
３２  隘路
３４  空気
３６  測定区間
３８  下側の範囲
４０  流出個所
４２  ダッシュボード
１０１  区分
１０２  横方向通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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